Содержание к диссертации
Введение
Проблемы управления безопасностью маги стральных нефтепродуктопроводов 15
Особенности системы МНПП и проблемы безопасности 15
Внутритрубная диагностика МНПП и ремонт как основные средства управления безопасностью 21
Выбор представителей МНПП для анализа состояния дефектности и методов управления безопасностью 33
Выводы по разделу 1 36
Особенности технического состояния МНПП "Рязань-Москва" 37
Характеристики МНПП "Рязань-Москва" и результаты внут-
ритрубной диагностики 37
Закономерности распределения и развития дефектов 40
1 Дефекты типа "потеря металла" (общая и язвенная коррозия) 40
2 Внутристенные дефекты (расслоения и включения) 49
3 Дефекты геометрические (вмятины и гофры) 53
4 Сварочные дефекты 55
5 Дефекты механические (риски и царапины) 59
6 Комбинированные дефекты 59
Выводы по разделу 2 61
Сравнительный анализ технического состоя ния и дефектности мнпп торький-новки" 64
Результаты внутритрубной диагностики МНПП "Горький - Новки" и сравнительный анализ 64
Основные отличительные особенности МНПП "Рязань-Москва" и Торький-Новки" 93
Выводы по разделу 3 96
Оценка опасности дефектов по результатам внутритрубной диагностики 98
Критерии оценки опасности дефектов 99
Оценка запасов прочности и долговечности 102
1 Оценка запаса статической прочности и допустимой толщины стенки МНПП 102
2 Оценка запаса усталостной прочности 104
3 Оценка запасов по коррозионной долговечности 106
Оценка опасности дефектов, обнаруженных при внутритрубной диагностике 108
Методика расчётов на прочность труб с дефектами типа "потеря металла" 116
Моделирование и расчёт концентраций напряжений, вызван- 122
ных смещением кромок
Выводы по разделу 4 130
Прогнозирование безопасности и планирование ремонта мнпп по результатам внутри трубной диагностики 132
Динамика развития дефектов и снижения прочности МНПП 132
Прогнозирование работоспособности и планирование объё
мов ремонта МНПП 137
Методы ремонта дефектных участков трубопровода 144
Выводы по разделу 5 149
Общие выводы по работе 151
Литература
- Внутритрубная диагностика МНПП и ремонт как основные средства управления безопасностью
- Внутристенные дефекты (расслоения и включения)
- Основные отличительные особенности МНПП "Рязань-Москва" и Торький-Новки"
- Оценка опасности дефектов, обнаруженных при внутритрубной диагностике
Введение к работе
Магистральные нефтепродуктопроводы в экономике России играют важную положительную роль [37, 38]. В то же время, как и большинство крупных производственных объектов, они являются источниками опасности. Их суммарная протяженность составляет порядка 20 тысяч км. Несмотря на то, что это меньше протяжённости магистральных нефтепроводов (50 тыс. км) и газопроводов (150 тыс. км), их опасность для окружающей среды и населения не намного меньше. Это связано со следующими их особенностями.
Нефтепродуктопроводы в среднем имеют значительно больший возраст, чем нефте- и газопроводы. Например, магистральный нефтепродукто-провод "Альметьевск - Нижний Новгород" протяженностью 580 км эксплуатируется 45 лет. Магистральный нефтепродуктопровод "Ишимбай - Уфа" (старейший из действующих магистральных трубопроводов России) находится в эксплуатации 70 лет (с 1937 года). Поэтому степень износа нефте-продуктопроводов значительно больше, чем других магистральных трубопроводов.
Значительная часть нефтепродуктопроводов построена по старым строительным нормам и технологиям и с применением менее качественных материалов. Это создаёт большие трудности в обеспечении надёжности и безопасности. Например, до 60-х годов прошлого века широко применяли газопрессовую сварку при монтаже трубопроводов. Однако низкий уровень прочности таких стыков, а самое главное - высокая хрупкость не затрудняют проводить на них капитальный ремонт с заменой изоляции. Когда изоляционное покрытие изношено, эффективность электрохимической защиты также резко падает и ускоряется коррозия самого трубопровода. Тем не менее, такие трубопроводы до сих пор находятся в эксплуатации.
Некоторые нефтепродуктопроводы смонтированы с применением труб разных диаметров, когда на стыках одна труба входит в другую, а соединение осуществлялось нахлесточными угловыми швами. Затем перешли к более прогрессивной технологии монтажа и сварки с применением подклад-
ных колец. При этом удавалось качественно соединять трубы одного диаметра стыковыми швами. Однако как в первом, так и во втором случаях внутренне сечение получалось не гладким, а с выступами, что в настоящее время не позволяет обследовать трубопроводы с помощью внутритрубных дефектоскопов. Без таких обследований невозможно определить полный состав дефектов и оценить реальные показатели прочности, надёжности, безопасности трубопровода. Тем не менее, таких трубопроводов сохранилось немало, и они продолжают находиться в эксплуатации.
Нефтепродуктопроводы проложены ближе к населённым пунктам, чем магистральные нефтепроводы и газопроводы. Некоторые нефтепродуктопроводы проходят в пределах населённых пунктов. Например, МНПП "Кириши - Санкт-Петербург" проходит более 10 км под газонами и проезжей частью оживленных улиц и проспектов большого города. Практически все МНПП имеют несколько отводов на нефтебазы, которые расположены в непосредственной окрестности малых и средних городов.
Продукт, перекачиваемый по МНПП, вызывает всё больший интерес криминальных элементов. Количество несанкционированных врезок с целью отбора продукта (воровства) с каждым годом растёт. В некоторых случаях это приводит к авариям с тяжёлыми последствиями и наносит большой вред экологии местности.
Всё это в совокупности создаёт значительную напряженность при эксплуатации нефтепродуктопроводов с точки зрения обеспечения безопасности. И эта напряжённость тем сильнее, чем меньше имеется средств управления безопасностью.
Элементами управления безопасностью, как известно, являются диагностика, анализ результатов диагностики, расчёты прочности и остаточного ресурса, прогнозирование, принятие практических решений, ремонтно-восстановительные работы, контроль технологических параметров в процессе эксплуатации [89 - 92, 101]. Все эти элементы в той или иной мере развиваются и совершенствуются, некоторые быстрее, другие с отставанием. Например, на старых трубопроводах, где нельзя применять
пример, на старых трубопроводах, где нельзя применять внутритрубную диагностику, управлять безопасностью сложнее из-за недостатка информации о дефектах.
Можно встретить и такие случаи, когда некоторые элементы этой цепочки развиваются в неправильном направлении, т.е. назад. Тогда эффективность всей системы управления безопасностью снижается, несмотря на качественное выполнение других отдельных элементов. Например, по достаточно полной и точной диагностической информации о дефектах, полученных самыми современными приборами, можно принять неправильные практические решения, если анализ и расчёты выполняются некорректно или неправильно. Так, стремление ликвидировать вмятины и гофры глубиной 1 - 3,5 % от диаметра приводит к появлению сварочных дефектов, гораздо более опасных, чем ликвидируемые вмятины и гофры.
Встречаются примеры, когда очень неточные измерения или вовсе неизвестные величины принимаются в качестве исходных данных в расчётах остаточного ресурса по очень сложным "многоэтажным" формулам с большим числом параметров. Такие формулы, как правило, могут дать любые результаты (об этом хорошо изложил чл.-кор. РАН А.Н. Махутов [41]). Затем по почти абсурдным результатам расчётов принимаются практические решения по продлению срока эксплуатации трубопровода. Такие выводы, конечно, не внушают доверия. К сожалению, некоторые такие некорректности содержатся и в отраслевых нормативных документах.
При анализе результатов диагностики и прогнозировании безопасности трубопровода часто допускаются ошибки, связанные с неправильным определением главных, определяющих механизмов развития износа и разрушения (т.е. нарушаются требования РД 09-102-95 [59]). Например, на трубопроводах с низкими рабочими давлениями нет смысла строить расчёты по ударной вязкости, статической и циклической трещиностойкости; в них более значительно влияние коррозии. Если трубопровод высоконагружен, то роль
концентрации напряжений, циклической трещиностоикости выходит на передний план.
Некоторые важные механизмы деградации трубопроводов не учитываются ни в нормативных документах, ни в экспертных заключениях. Например, такое известное явление как водородная коррозия остаётся без внимания при принятии решений по защите от коррозии. В итоге, в некоторых случаях, стремясь подавить общую и язвенную коррозию (с потерей металла), ускоряют водородную коррозию (растрескивание, т.е. коррозия без потери металла). Так называемая "электрохимическая защита", оказывается, никак не может защитить трубопровод от водородной коррозии, которая со временем переходит в стресс-коррозию [1, 57].
Все эти вопросы по отдельности рассматривались в разных работах. Проблема состоит в том, что при работе с конкретным трубопроводом хороший результат может получиться только тогда, когда все отдельные элементы проблемы безопасности рассматриваются комплексно, ровно, без преувеличения роли одних сторон и занижения других. Однако большинство работ по диагностике, экспертизе безопасности, прогнозировании страдают этим недостатком - односторонним рассмотрением проблемы. Этим же отличается практически вся нормативная база системы МНПП, касающаяся оценки и прогноза безопасности и управления безопасностью [15, 18, 26]. Например, документы по оценке остаточного ресурса считают, что разрушение магистральных нефтепродуктопроводов происходит в основном по малоцикловому механизму. Образование и развитие коррозионных язв практически не рассматривается. На роль изоляционного покрытия при формировании ресурса просто не обращается внимания. Между тем, как показывают результаты внутритрубной диагностики, именно коррозия является главной причиной старения магистральных нефтепродуктопроводов [35, 36].
Вообще с нормативной базой сложилась почти парадоксальная ситуация. Во-первых, считается, что нормативный документ приобретает особую силу и значимость, если он согласован с Госгортехнадзором или Ростехнад-
зором, Министерством (например, МЧС). Это действительно так, если документ выполнен качественно и не искажает сути явлений. Если же документ некачественно выполнен, отражает уровень знаний и интересы одного разработчика, то существование этого документа становится настоящей проблемой для специалистов-практиков, занимающихся эксплуатацией трубопроводов. С одной стороны, они должны строго соблюдать требования этого документа, с другой - в принципе невозможно этого достичь по объективным причинам. Тогда, при первой же аварийной ситуации надзорный орган может обвинить специалистов по эксплуатации в нарушениях. Сами инспектора тоже оказываются в двусмысленное положение. Да и настоящая причина аварии оказывается не выявленным до конца. Таких примеров множество.
Например, любая инструкция по проведению экспертизы безопасности трубопровода требует выдавать положительные заключения только в одном случае - когда соблюдены все требования действующих ГОСТов, СНиПов, РД и так далее. Причём, совершенно неважно, когда построен трубопровод, сколько лет уже находится в эксплуатации, насколько изношены материалы. Это фактически означает, что ни один трубопровод, тем более старый, не должен получать положительного заключения. В любом трубопроводе обязательно найдётся с десяток или больше несоответствий хотя бы потому, что материалы и технологии раньше были совершенно другими. Современным нормам они никак не могут удовлетворять, точно так же, как построенные сегодня трубопроводы не будут удовлетворять строительным нормам будущего.
Кроме того, все трубопроводы, и старые и новые, содержат множество несоответствий в виде дефектов металлургических (расслоения и неметаллические включения), строительных (вмятины, гофры, сварочные дефекты), эксплуатационных (коррозионные дефекты, механические повреждения). Это видно из результатов внутритрубной диагностики любого трубопровода. Так, нефтепровод "Горький - Новки" протяжённостью 214 км содержит более 43 тысяч дефектов, из которых 31 тысяча - коррозионные дефекты глу-
биной более 10 % от толщины стенки. То есть, в среднем на каждые 5 метров трубопровода приходится один дефект, не вписывающийся в нормативные допуски. По канонам системы промышленной безопасности такой трубопровод нельзя допускать к эксплуатации.
Отметим, что всё отмеченное выше было известно и раньше. Но сейчас дефектность некоторых трубопроводов по количественным и качественным показателям перешла на новый уровень. Сейчас уже недостаточно исправлять отдельные дефекты, а требуется решать задачу о безопасности трубопровода комплексно на базе результатов диагностирования современными методами, зная о существовании очень большого количества дефектов и несоответствий. Это - новая задача.
Как известно, методы и средства диагностики также постоянно совершенствуются. До недавнего времени перед диагностикой ставилась задача выявить по возможности больше дефектов. Сейчас чувствительность приборов значительно выросла. Это привело к резкому увеличению количества обнаруживаемых дефектов, а вместе с этим существенно затруднилась обработка полученных данных. Появилась необходимость ограничивать число выявляемых дефектов. Для этого вводят соответствующие пороги чувствительности, не фиксируют мелкие дефекты. Например, приборы внутритруб-ной диагностики способны обнаруживать дефекты коррозии, начиная с глубины 0,1 мм. Но в итоговых отчётах отражают только те дефекты коррозии, глубина которых не меньше 10 % от толщины стенки [35, 36]. Даже с таким порогом чувствительности обнаруживаются десятки тысяч дефектов, а число рекомендованных к ремонту дефектов выходит за пределы практических возможностей любых ремонтных бригад.
Таким образом, с одной стороны, повышают чувствительность приборов, с другой, ограничивают число выявляемых дефектов введением порогов. При этом часть полезной информации теряется. Например, наличие коррозионных дефектов глубиной менее 10 % практически не сказывается на прочности и безопасности трубопровода в момент обследования, но с тече-
ниєм времени эти дефекты вырастут. Следовательно, в задачах прогноза эти сведения были бы полезны, но в отчётах их просто нет. Кроме того, наличие коррозионных дефектов, пусть даже очень малых размеров, является свидетельством низкого качества или дефектности изоляционного покрытия. В этих сведениях содержится полезная информация о состоянии изоляционного покрытия, но эта информация в отчёты также не попадает.
В действительности роль внутритрубной диагностики велика и не до конца ещё определена. Например, данные внутритрубной диагностики позволяют оценивать состояние не только обследованных трубопроводов, но и некоторых тех, которые не обследованы и не могут быть обследованы этим методом. Если условия эксплуатации смежных трубопроводов примерно одинаковы и по ним транспортируется один и тот же продукт, то и уровень дефектности, и динамика снижения безопасности не будут резко отличаться. Например, нефтепродукт из МНПП "Альметьевск - Н.Новгород", который не приспособлен к проведению внутритрубной диагностики, попадает затем в трубопровод "Горьки - Новки", который приспособлен для внутритрубной диагностики и обследован этим методом. При этом установлено, что в трубопроводе "Горький - Новки" происходит интенсивная внутренняя коррозия. Глубина некоторых коррозионных дефектов достигла 50 % от толщины стенки. На этом основании можно быть уверенным, что трубопровод "Альметьевск - Н.Новгород" также имеет внутренние коррозионные дефекты и с не меньшими размерами. Тем более, что этот трубопровод в 2 раза старше, чем МНПП "Горьки - Новки". Если бы МНПП "Горьки - Новки" не обследовался методом внутритрубной диагностики, то, естественно, такой вывод о коррозионном состоянии МНПП "Альметьевск - Н.Новгород" не могли бы сделать.
Но наиболее актуальной проблемой после проведения внутритрубной диагностики стала правильная оценка опасности выявленных дефектов и принятие хорошо обоснованных планов ремонта. Причём, должна быть обеспечена максимальная эффективность. Оставлять без ремонта опасные
дефекты нельзя. Выполнение ремонтных работ на неопасных дефектах ведёт к бессмысленным затратам. Поэтому должно быть точное соответствие объёма ремонтных работ составу дефектов и условиям работы трубопровода.
Другой частью этой же проблемы является прогноз безопасности. Дело в том, что дефекты растут и со временем неопасные могут стать опасными. Поэтому, даже ликвидировав все опасные на сегодняшний момент дефекты, нельзя быть уверенным, что завтра не наступит разрушение трубопровода от выросших за это время других дефектов. Расчётные методы должны обеспечивать правильный прогноз. Но этого невозможно будет сделать, если основные механизмы износа трубопровода определены неточно. Сегодняшние методики с этой задачей пока не всегда справляются.
Как показывает анализ применяемых методов ремонта, и здесь имеются проблемы. По какой-то неизвестной причине назначаются в основном дорогостоящие и малоприспособленные к условиям эксплуатации методы ремонта. Например, приоритет отдаётся композитным муфтам типа КМТ и совсем игнорируются приварные заплаты. Между тем, без применения заплат на практике не обходятся. Просто надо дать правильные рекомендации по установке заплат, учитывая, что при разных условиях она ведёт себя по-разному.
Почему-то взят курс на ограничение количества разрешённых методов ремонта, хотя простая логика подсказывает, что методов ремонта должно быть много. Просто надо дать правильные рекомендации по их применению и чётко ограничивать условия их применимости.
Перечисление проблем можно продолжить. Но вышеизложенное в достаточной мере показывает, что необходимо проанализировать и упорядочить все основные элементы управления безопасностью МНПП на базе результатов внутритрубной диагностики. Здесь имеются немалые резервы.
В настоящей работе, не претендуя на окончательное решение всех проблем в области безопасности, делается попытка решить часть из них. Для этого поставлены следующие цель и задачи:
Цель - повысить безопасность магистральных нефтепродуктопроводов за счёт совершенствования элементы управления безопасностью на основе данных внутритрубной диагностики (ВТД).
Задачи:
Анализ особенностей и механизмов деградации магистральных нефтепродуктопроводов (МНПП).
Анализ результатов внутритрубной диагностики МНПП.
Прогнозирование динамики деградации МНПП по результатам ВТД.
Выбор безопасных режимов и сроков эксплуатации МНПП по результатам ВТД.
Совершенствование элементов управления безопасностью МНПП.
Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (РШТЭР, ВНИИСТ), лабораторий и кафедр высших учебных заведений (УГНТУ, РГУНГ им. И.М. Губкина), Центра технической диагностики «Диа-скан» и других научных центров, специалистов АК «Транснефтепродукт», работы ведущих ученых: В.Л. Березина, О.М. Иванцова, А.Г. Гумерова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, К.М. Ямалеева, Х.А. Азметова, М.Х. Султанова, К.В. Черняева, Е.С. Васина, В.А. Черникина и других.
Кроме того, в работе использованы и обобщены данные о фактическом техническом состоянии магистральных трубопроводов, опыт проведения экспертиз безопасности ряда магистральных нефтепродуктопроводов, результаты обследования аварий. В работе использованы результаты внутритрубной диагностики ряда трубопроводов, выполненные ЗАО "Нефтегаз-комплектсервис", результаты испытаний трубопроводов и отдельных труб с дефектами, а также образцов, вырезанных из трубопроводов. Использованы прогрессивные методы и достижения в области моделирования процессов, положения теорий вероятности и математической статистики, теории прочности и механики разрушения.
В процессе решения поставленных задач получены следующие результаты, представляющие научную новизну:
На обоих рассмотренных магистральных нефтепродуктопроводах интенсивность коррозии на внутренней поверхности на порядок выше, чем на наружной поверхности. На МНПП "Рязань-Москва" коррозия равномерная по дистанции и угловой координате. На МНПП "Горький-Новки" коррозия сосредоточена вокруг нижней образующей в виде мелких, но глубоких язв, что отличает её от ручейковой коррозии, характерной для промысловых трубопроводов.
Разработана методика прогноза работоспособности и безопасности МНПП с учётом динамики развития дефектов, деградации материалов, а также фактических рабочих режимов эксплуатации. Установлено, что МНПП "Рязань-Москва" может эксплуатироваться практически без ремонта не менее 10 лет. Для поддержания в рабочем состоянии МНПП "Горький-Новки" требуется ликвидировать 50..100 дефектов; с каждым годом число опасных дефектов растёт по геометрической прогрессии.
Изучены особенности напряжённого состояния сварных соединений со смещением кромок, которых содержится в большом количестве на МНПП. Установлено, что коэффициент интенсивности напряжений (КИН) растёт с увеличением смещения кромок по линейному закону, а прочность соединения падает обратно пропорционально КИН.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
выполненные исследования имеют самостоятельное значение для рассмотренных магистральных нефтепродуктопроводов "Рязань-Москва" и "Горький-Новки" при принятии практических решений;
исследования имеют методическое значение при обследовании и экспертизе промышленной безопасности других трубопроводов;
результаты работы позволяют эффективно планировать ремонт трубопроводов в соответствии с заданными параметрами работоспособности и безопасности.
полученные результаты будут полезны для совершенствования нормативной базы по обеспечению безопасности магистральных трубопроводов.
На защиту выносятся:
закономерности распределения и развития дефектов на МН1І11 "Рязань-Москва" и "Горький-Новки;
методика прогнозирования работоспособности МНПП, выбора допус
тимых режимов эксплуатации, определения объёмов ремонта, обеспечиваю
щих необходимую безопасность;
Ф закономерности распределения напряжений стыковых сварных соеди-
нений со смещением кромок;
предложения по методам ремонта дефектных участков МНПП;
общая методология управления безопасностью трубопроводов на основе результатов внутритрубной диагностики.
Результаты исследований использованы при обследовании и эксперти-
л зе промышленной безопасности магистральных нефтепродуктопроводов
"Кириши - Санкт-Петербург", "Альметьевск - Нижний Новгород", "Рязань -Москва", "Горький - Новки".
Автор выражает глубокую благодарность коллективу Института проблем транспорта энергоресурсов и ОАО "АК "Транснефтепродукт", своим руководителям за неоценимую помощь в выполнении настоящей работы.
Внутритрубная диагностика МНПП и ремонт как основные средства управления безопасностью
Вопросам диагностики магистральных трубопроводов всегда уделяли много внимания. Но всю историю развития диагностики условно можно разделить на два периода: "до" и "после" начала широкого внедрения внутритрубной диагностики. Этот метод стал переломным в диагностике трубопроводов. По информативности с этим методом не может сравниться ни один другой. В то же время внутритрубная диагностика не является абсолютной в том смысле, что не заменяет собой все остальные. Необходимость других методов сохраняется. Среди них следует отметить следующие: - гидроиспытания отдельных переходов и участков; - метод акустической эмиссии; - контактные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, радиографический, магнитные методы, твердметрирование и др.); - механические испытания образцов (для определения прочностных свойств материалов труб и сварных соединений); - электрометрические методы контроля изоляции; - бесконтактные магнитные методы контроля напряжений и дефектов; - измерение планово-высотных координат и расчётные методы оценки напряжений и деформаций и др.
Во-первых, остаётся значительное количество трубопроводов, которые не приспособлены для внутритрубной диагностики. Во-вторых, после внут-ритрубной диагностики определённое количество дефектов нуждается в дополнительном контроле в шурфах. Поэтому традиционные (не внутритруб-ные) методы диагностики не потеряли актуальности.
Особенности внутритрубной диагностики изложены в большом количестве трудов [5, 31, 33, 48, 79, 81, 103], но наиболее полные данные содержатся в отчётах по результатам обследования конкретных трубопроводов. В последующих разделах приводятся сведения о дефектах, которые получены для двух трубопроводов, выбранных в качестве примеров для проведения исследований. Эти сведения практически полностью характеризуют возможности современной внутритрубной диагностики.
В настоящее время внутритрубная диагностика является обязательной для всех вновь строящихся магистральных трубопроводов. Старые трубопроводы также стремятся обследовать этим методом. Для этого эксплуатирующие организации готовы выполнить очень большой объём подготовительных работ [2].
До начала широкого применения внутритрубной диагностики дефекты действующего трубопровода в основном находили почти случайно. Например, после знаменитой катастрофы на магистральном продуктопроводе в 1989 году, решили обследовать этот трубопровод. Для этого образовали около 50 комплексных бригад, которые методом шурфовки проверяли состояние трубопровода по всей трассе. Места шурфовки определяли на своё усмотрение, используя, в лучшем случае, результаты контроля изоляции прибором УКИ-1. Поскольку таких приборов было очень мало, в основном полагались на свою интуицию. Некоторые "знатоки" пытались применять нетрадиционные методы поиска из области "очевидное-невероятное". Тем не менее, находились дефекты трубопровода, которые могли привести к разрушениям. В среднем на 40 км таким образом удавалось найти 2-3 дефекта. Каждая такая "находка" приобретала большую значимость, сопоставлялась с требованиями ГОСТов и СНиПов, оценивалась. По результатам таких оценок комиссия решила прекратить эксплуатацию трубопровода.
А теперь представим себе, что было бы, если бы в то время удалось обследовать продуктопровод внутритрубным дефектоскопом "Ультраскан". Какова была бы реакция, если бы полученные результаты стали известны правительственной комиссии и общественности? Поднялся бы страшный переполох.
Что изменилось с тех пор? Появились эффективные методы диагностики. В первую очередь - внутритрубная диагностика. Но с получением первых результатов внутритрубной диагностики специалисты по эксплуатации трубопроводов сначала растерялись из-за очень большого количества выявленных дефектов. Затем стали создавать ремонтные бригады и ликвидировать выявленные дефекты. По мере получения аналогичных данных на всех обследованных трубопроводах сил и средств стало не хватать. Тогда стали отбирать для ремонта только самые опасные дефекты. Степень опасности сначала определяли сами, затем оценку стали поручать специализированным организациям. Но при этом всегда оставались дефекты и вместе с ними - неуверенность по поводу их безопасности. С появлением системы экспертизы промышленной безопасности стали привлекать экспертные организации. Часть ответственности взяли на себя эксперты.
Внутристенные дефекты (расслоения и включения)
Такими дефектами являются "расслоения металла" и "неметаллические включения". В отличие от коррозионных дефектов, которые возникают и развиваются в процессе эксплуатации трубопроводов, расслоения и включения являются технологическими заводскими дефектами. Они существовали в трубопроводе с самого начала. А то, что эти дефекты выявились только при внутритрубной диагностике, является показателем больших возможностей этого вида диагностики. Естественно, методы диагностики, применяемые на трубопрокатных заводах, должны иметь такие же возможности, чтобы заводские дефекты обнаруживались на заводе, а не на трубопроводах.
Общие характеристики дефектов типа "расслоение металла" состоят в следующем: - количество выявленных дефектов = 8582 шт.; - среднее расстояние между дефектами = 20 м; - наибольшая длина расслоения = 8,2 м; - наибольшая площадь дефекта = 6,3 м ; - суммарная длина расслоений = 4 398,3 м « 4,4 км; - суммарная площадь дефектов = 1 275,4 м2« 0,13 га.
Таким образом, приведённые выше данные показывают следующее: Дефекты типа "расслоение металла" и "неметаллические включения" распределены по трубопроводу (по дистанции и угловой координате) равномерно в рамках случайных разбросов.
К ним относятся вмятины и гофры, искажающие цилиндрическую форму трубы. Эти дефекты имеют строительно-монтажное происхождение. Они могут появиться и при ремонтных работах, но это менее вероятно, поскольку ремонтные работы проводятся с целью исключения таких и других дефектов.
Общие характеристики выявленных дефектов геометрии (вмятин и гофр" состоят в следующем
Количество выявленных дефектов = 2490 шт.; - среднее расстояние между дефектами = 68,7 м; - наибольшая глубина дефекта = 35,8 мм; - наибольшая длина дефекта = 66,6 см; - наибольшая ширина дефекта = 104,8 см; - наибольшая площадь дефекта = 4034,8 см ; - суммарная длина всех дефектов = 448,1 м; у - суммарная площадь всех дефектов = 110,5 м .
Таким образом, по геометрическим дефектам можно сделать следующие выводы: - распределение дефектов по дистанции и угловой координате равномерное в пределах случайного разброса; - имеется много мелких дефектов; с увеличением их размеров (глубины, площади) количество дефектов монотонно уменьшается; - приборы хорошо выявляют дефекты площадью более 300 см , с уменьшением площади выявляемость дефектов падает.
К ним относятся смещения кромок, поры, непрвары, несплавления, наплывы и другие отклонения от норм на кольцевых стыках (продольных швов практически нет, поскольку трубы бесшовные). Эти дефекты в основном имеют строительно-монтажное происхождение. Они могут появиться и при ремонтных работах, но это менее вероятно, поскольку ремонтные работы проводятся с целью исключения таких и других дефектов.
Обнаружить и измерить параметры таких дефектов чрезвычайно трудно из-за многообразия форм и признаков, а также из-за рассеивания полезных сигналов на сварных швах. Поэтому характеристики дефектов найдены приближённо. Некоторые характеристики сварочных дефектов: - количество выявленных дефектов = 1600 шт.; - среднее расстояние между дефектами = 107 м; - наибольшая длина сварочного дефекта (по периметру) = 69,2 см; - суммарная длина дефектов поперечных швов = 107,8 м.
Основные отличительные особенности МНПП "Рязань-Москва" и Торький-Новки"
В таблице 3.2 были показаны отличительные исходные характеристики магистральных нефтепродуктопроводов "Рязань-Москва" и "Горький-Новки". После анализа результатов внутритрубной диагностики, который мы проделали в подразделе 3.1, можно эту таблицу продолжить, отразив в ней характеристики, определяющие их техническое состояние после длительной эксплуатации. Так получили таблицу 3.23. Из этой таблицы наглядно видно, что нефтепродуктопроводы "Рязань-Москва" и "Горький-Новки" значительно отличаются составом дефектов. Главным отличием является то, что на МНПП "Горький-Новки" значительно больше сварочных дефектов и дефектов коррозии, на МНПП "Рязань-Москва" - больше металлургических дефектов (расслоений и включений). Общая плотность дефектов на МНПП "Горький-Новки" в 2 раза больше.
Коррозия на МНПП "Горький-Новки" идёт в 2...3 раза интенсивнее, чем на МНПП "Рязань-Москва". На обоих трубопроводах коррозия на внутренней поверхности в 2..3 раза интенсивнее, чем на наружной поверхности.
На МНПП "Рязань-Москва" обнаружено 4...5 раз больше дефектов геометрии (вмятин и гофр), чем на МНПП "Горький-Новки", за счёт настройки дефектоскопов на более мелкие дефекты. Количество дефектов с глубиной более 4 мм на трубопроводах примерно одинаковое.
Распределение дефектов геометрии по дистанции равномерно в пределах случайного разброса (на обоих трубопроводах).
На МНПП "Горький-Новки" дефекты геометрии преимущественно расположены в районе нижней образующей, что указывает на неудовлетворительную подготовку траншеи перед укладкой трубопровода.
На обоих трубопроводах суммарная ширина дефектов больше суммарной длины, что является спецификой смятия трубопроводов и гофрообразо-вания.
1. Нефтепродуктопроводы "Рязань-Москва" и "Горький-Новки" существенно отличаются составом дефектов. На МНПП "Горький-Новки" значительно больше сварочных дефектов и дефектов коррозии, на МНПП "Рязань-Москва" - больше металлургических дефектов (расслоений и включений) и дефектов геометрии (вмятин и гофр). Общая плотность дефектов на МНПП "Горький-Новки" в 2 раза больше.
2. По всем количественным показателям коррозия на внутренней поверхности обоих трубопроводов идёт более интенсивно, чем на наружной поверхности.
На МНПП "Горький-Новки" интенсивность коррозии на порядок больше, чем на МНПП "Рязань-Москва".
На МНПП "Горький-Новки" коррозия на внутренней поверхности происходит неравномерно. Интенсивность коррозии многократно повышается на второй половине трубопровода. На участке 140 - 214 км коррозия концентрируется в области нижней образующей трубопровода. Но она отличается от "ручейковой коррозии", характерной для промысловых трубопроводов, поскольку представлена мелкими глубокими коррозионными язвами.
3. Дефектов типа "расслоения и включения" на МНПП "Горький-Новки" на порядок меньше, чем на МНПП "Рязань-Москва", что является следствием разных технологий проката. На обоих трубопроводах распределение дефектов по дистанции и угловой координате равномерное в рамках случайных разбросов.
4. Дефекты геометрии (вмятины и гофры) распределены по дистанции равномерно в пределах случайного разброса (на обоих трубопроводах).
На МНПП "Горький-Новки" дефекты геометрии преимущественно расположены в районе нижней образующей, что является следствием неудовлетворительной подготовки траншеи в период строительства.
На обоих трубопроводах суммарная ширина дефектов больше суммарной длины. Это является спецификой смятия трубопроводов и гофрообразо вания. С увеличением диаметра трубопровода отношение суммарной ширины к суммарной длине растёт (при диметре 377 мм это отношение равно 1,31, при диаметре 530 мм - 1,75).
На обоих трубопроводах по мере увеличения глубины дефектов их относительное число уменьшается (монотонное убывание).
5. Качество сварки на МНПП "Горький-Новки" хуже в 2...3 раза по ф сравнению с МНПП "Рязань-Москва". Так, на МНПП "Горький-Новки" наи большая концентрация сварочных дефектов наблюдается на 70-80 км и 100 110 км, где количество дефектов составляет более 100 на км. На МНПП "Ря зань-Москва" концентрация сварочных дефектов не превышает 40 на км (65 87 километры).
6. Методом внутритрубной диагностики не определились дефекты типа "потеря металла на расслоении". Таких дефектов на трубопроводе должно быть много, так как дефекты типов "расслоение" и "потеря металла" являют ся наиболее массовыми видами дефектов. Для описания комбинированных дефектов нет устоявшейся терминологии.
7. Внутритрубная диагностика, являясь самым эффективным методом диагностики магистральных трубопроводов, не позволяет определить неко торые виды дефектов, например, большинство сварочных дефектов и комби нированные дефекты.
Оценка опасности дефектов, обнаруженных при внутритрубной диагностике
Выше при рассмотрении статической и циклической прочности предполагалось, что трубопроводы бездефектные (идеальный случай). Наличие дефектов коренным образом меняет картину статической прочности трубопроводов. В связи с этим очень актуальны следующие два вопроса: - Насколько достаточна информация, получаемая методом внутритруб ной диагностики, для выполнения расчётов прочности и ресурса? - Как проводить оценки, если о дефектах нет полной информации? Проанализируем эти вопросы, рассматривая разные виды дефектов. Внутристепные дефекты
Эти дефекты имеют металлургическое происхождение [6, 10, 34, 71]. Они существовали в трубопроводе с момента ввода его в эксплуатацию, выдержали гидроиспытания. Если эти дефекты не претерпели дополнительных воздействий (коррозия, механическое повреждение), то их опасность не увеличилась за время эксплуатации.
Опасность могут представлять расслоения металла, выходящие на поверхность, и находящиеся в контакте с агрессивной средой. Агрессивная среда (продукт перекачки или грунтовая вода) может проникнуть вглубь металла и вызвать коррозию внутри стенки трубы. Расслоения со вспучива ниєм имеют именно такое происхождение. Однако, пользуясь только результатами внутритрубной диагностики, правильно рассчитать степень их опасности невозможно. Как оказалось, некоторые виды дефектов, в том числе комбинированные дефекты типа "расслоение + коррозия" не определяются методами внутритрубной диагностики.
Возможны следующие пути обращения с такими дефектами: - проводить дополнительный контроль дефектов методом шурфовки, используя разные методы неразрушающего контроля; - экспертно оценить их опасность, пользуясь накопленным опытом и знаниями; - ликвидировать их опасность (вырезать или усилить).
Дефекты геометрии (вмятины, гофры)
Перед проведением внутритрубной диагностики трубопроводы готовят к этому событию. Одним из этапов такой подготовки является удаление всех вмятин и гофр, вызывающих сужение сечения более чем на 15 %. Поэтому в отчётах по внутритрубной диагностике отражены вмятины и гофры глубиной не более 15 % от диаметра. Наибольшая глубина таких дефектов на МНПП "Рязань-Москва" - 35,8 мм (9,4 %), на МНПП Торький-Новки" - 25,4 мм (4,8 %).
Опасность вмятин и гофр определяется не только их размерами, но и конфигурацией и наличием сопутствующих других дефектов. Поэтому для более точной оценки их прочности и ресурса рекомендуется провести дополнительное обследование этих участков и по полученным новым данным выполнить расчёты.
Но в таком подходе таится другая опасность. Как показал многолетний опыт эксплуатации всей системы магистральных трубопроводов (их общая протяженность в России более 200 тысяч км), вмятины гофры становятся опасными тогда, когда на этих участках проводятся земляные работы. Если их не трогать, то дефекты геометрии не беспокоят даже при значительно больших размерах. Так как дополнительный дефектоскопический контроль требует шурфовки, то сама шурфовка, последующая засыпка и осадка грунта приводят к дополнительным изгибающим моментам и напряжениям. Эти нагрузки не контролируются и учитывать их в расчётах практически невозможно. Поэтому иногда происходили разрывы трубопровода в местах, где чуть раньше проводили дополнительный контроль с шурфовкой, а по результатам обследования сделали вывод о неопасности данного дефекта. Именно так произошла, например, авария на 139 км магистрального газопровода "Поля-на-КСПХГ" 23 марта 2001 г.
Таким образом, геометрические дефекты (вмятины и гофры) представляют опасность, в следующих случаях: если они глубокие (более 15 % от диаметра трубы); но таких уже не осталось на обследованных трубопроводах); если они совмещаются с другими опасными дефектами типа царапин, трещин и других; если они не испытали дополнительных нагрузок при грунтовых работах.
В остальных случаях геометрические дефекты неопасны для трубопровода. Об этом свидетельствуют многочисленные испытания труб, содержащих такие дефекты [13, 27, 98,116].
Исходя из вышеизложенного, целесообразно принять следующие правила: - дефекты глубиной менее 3,5 % вообще не трогать, если нет сопутствующих ухудшающих факторов (дополнительные дефекты на вмятине и гофре); - если решено шурфовать дефектный участок, то нельзя оставлять его без ремонта; - ремонтировать их следует либо вырезкой (заменой), либо установкой муфты.
По результатам диагностики выявлено дефектов геометрии с глубиной более 3,5 %: на МНПП "Рязань-Москва" - 55 шт.; на МНПП "Горький-Новки"-20шт.
